第2章　新建FreeRTOS工程——軟件仿真

在開始寫FreeRTOS內核之前，先新建一個FreeRTOS的工程，Device選擇Cortex-M3（Cortex-M4或Cortex-M7）內核的處理器，調試方式選擇軟件仿真，然后我們再開始一步一步地教大家把FreeRTOS內核從0到1寫出來，讓大家徹底搞懂FreeRTOS的內部實現和設計的思想。最后我們再把FreeRTOS移植到野火STM32開發板上，最后的移植其實已經非常簡單，只需要換一下啟動文件和添加bsp驅動即可。

2.1　新建本地工程文件夾

在開始新建工程之前，我們先在本地計算機端新建一個文件夾用于存放工程。文件夾名設置為“新建FreeRTOS工程——軟件仿真”（名字可以隨意設置），然后在該文件夾下面新建各個文件夾和文件，有關這些文件夾的包含關系和作用具體如表2-1所示。

表2-1　工程文件夾根目錄下的文件夾及作用

2.2　使用KEIL新建工程

開發環境我們使用KEIL5，版本為5.23，高于版本5即可。

2.2.1　New Project

首先打開KEIL5軟件，新建一個工程，工程文件放在目錄Project下面，名稱為Fire_FreeRTOS，文件夾名稱必須是英文，不能是中文。

2.2.2　Select Device for Target

設置好工程名稱，單擊OK按鈕之后會彈出Select Device for Target對話框，讓我們選擇處理器，這里選擇ARMCM3（ARMCM4或ARMCM7），具體如圖2-1（圖2-2或圖2-3）所示。

圖2-1　Select Device（ARMCM3）for Target

圖2-2　Select Device（ARMCM4）for Target

圖2-3　Select Device（ARMCM7）for Target

2.2.3　Manage Run-Time Environment

選擇好處理器，單擊OK按鈕后會彈出Manage Run-Time Environment對話框。這里我們在CMSIS欄中選中CORE，在Device欄中選中Startup即可，具體如圖2-4所示。

圖2-4　Manage Run-Time Environment

單擊OK按鈕，關閉Manage Run-Time Environment對話框之后，剛剛我們選擇的CORE和Startup這兩個文件就會添加到工程組的CMSIS中，具體如圖2-5所示。

圖2-5　CORE和Startup文件

其實這兩個文件剛開始都是存放在KEIL的安裝目錄下，當我們配置Manage Run-Time Environment對話框之后，軟件就會把選中的文件從KEIL的安裝目錄復制到我們的工程目錄Project\RTE\Device\ARMCM3（ARMCM4或ARMCM7）下面。其中startup_ARMCM3.s（startup_ARMCM4.s或startup_ARMCM7.s）是用匯編語言編寫的啟動文件，system_ARMCM3.c（system_ARMCM4.c或system_ARMCM7.c）是用C語言編寫的與時鐘相關的文件。更加具體的內容可直接參見這兩個文件的源碼。只要是Cortex-M3（Cortex-M4或Cortex-M7）內核的單片機，這兩個文件都適用。

2.3　在KEIL工程中新建文件組

在工程里面添加user、rtt/ports、rtt/source和doc這幾個文件組，用于管理文件，具體如圖2-6所示。

對于新手，這里有個問題，就是如何添加文件組，具體的方法為右擊Target 1，在彈出的快捷菜單中選擇Add Group…命令，具體如圖2-7所示，需要創建多少個組，就按上述方法操作多少次。

圖2-6　新添加的文件組

圖2-7　如何添加組

2.4　在KEIL工程中添加文件

在工程中添加組之后，需要把本地工程中新建的文件添加到工程，具體為把readm.txt文件添加到doc組，main.c文件添加到user組，FreeRTOS相關的文件我們還沒有編寫，那么FreeRTOS相關的組暫時為空，具體如圖2-8所示。

圖2-8　向組中添加文件

對于新手，這里有個問題就是如何將本地工程中的文件添加到工程組，具體的方法為雙擊相應的組，在彈出的對話框中找到要添加的文件，默認的文件類型是C文件，如果要添加的是文本或者匯編文件，那么此時將看不到，這時就需要把文件類型設置為All Files，最后單擊Add按鈕即可，具體如圖2-9所示。

圖2-9　向組中添加文件

下面編寫main()函數。

一個工程如果沒有main()函數是無法編譯成功的，因為系統在開始執行時先執行啟動文件中的復位程序，復位程序里面會調用C庫函數__main，__main的作用是初始化系統變量，如全局變量、只讀的變量、可讀可寫的變量等。__main最后會調用__rtentry，再由__rtentry調用main()函數，從而由匯編進入C的世界，這里面的main()函數就需要我們手動編寫，如果沒有編寫main()函數，就會出現main()函數沒有定義的錯誤，具體如圖2-10所示。

圖2-10　沒定義main()函數的錯誤

我們將main()函數寫在main.c文件中，因為是剛剛新建的工程，所以main()函數暫時為空，具體參見代碼清單2-1。

代碼清單2-1　main()函數

 1 /*
 2 ************************************************************************
 3 *                                main()函數
 4 ************************************************************************
 5 */
 6 int main(void)
 7 {
 8 for (;;)
 9     {
10 /* 無操作 */
11     }
12 }

2.5　調試配置

2.5.1　設置軟件仿真

最后，我們再配置一下與調試相關的參數。為了方便，全部代碼都用軟件仿真，既不需要開發板也不需要仿真器，只需要一個KEIL軟件即可，有關軟件仿真的配置具體如圖2-11所示。

圖2-11　軟件仿真的配置

2.5.2　修改時鐘大小

在時鐘相關文件system_ARMCM3.c（system_ARMCM4.c或system_ARMCM7.c）的開頭，有一段代碼定義了系統時鐘的頻率為25MHz，具體參見代碼清單2-2。在軟件仿真時，為確保時間的準確性，代碼中的系統時鐘與軟件仿真的時鐘必須一致，所以Options for Target對話框中Target的時鐘頻率應該由默認的12MHz改成25MHz，具體如圖2-12所示。

代碼清單2-2　時鐘相關宏定義

 1 #define __HSI     ( 8000000UL)
 2 #define __XTAL    ( 5000000UL)
 3
 4 #define __SYSTEM_CLOCK    (5*__XTAL)  /* 5×5000000 = 25M */

2.5.3　添加頭文件路徑

在C/C++選項卡中指定工程頭文件的路徑，否則編譯會出錯。頭文件路徑的具體指定方法如圖2-13所示。

圖2-12　軟件仿真時鐘配置

圖2-13　指定頭文件的路徑

至此，一個完整的基于Cortex-M3（Cortex-M4或Cortex-M7）內核的FreeRTOS軟件仿真工程建立完畢。